ITTO20000162A1 - Trasmissione idromeccanica a rapporto variabile in modo continuo. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Trasmissione idromeccanica a rapporto variabile in modo continuo"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda una trasmissione idromeccanica a rapporto di velocità variabile in modo continuo.
Uno scopo dell'invenzione è di realizzare una trasmissione perfezionata, che consenta la variazione continua del rapporto di velocità in un campo esteso, sia per valori positivi che per valori negativi di tale rapporto.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con una trasmissione idromeccanica a rapporto variabile in modo continuo le cui caratteristiche salienti sono definite nell'annessa rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di tagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati nei quali:
la figura 1 mostra una trasmissione secondo l'invenzione ;
la figura 2 è un grafico che mostra una caratteristica di funzionamento attuabile con la trasmissione secondo la figura 1;
la figura 3 mostra un’ulteriore trasmissione secondo l'invenzione;
la figura 4 è un grafico che mostra la caratteristica di funzionamento attuabile con la trasmissione secondo la figura 3; e
la figura 5 mostra ancora un'altra trasmissione secondo l'invenzione.
Nella figura 1 con T è indicata complessivamente una trasmissione secondo l'invenzione.
La trasmissione T presenta un albero di ingresso IS accoppiabile ad un motore primo E tramite un innesto C0. L'albero di uscita della trasmissione è indicato con OS.
La trasmissione T comprende un gruppo di riduzione di tipo epicicloidale EG includente una ruota solare di ingresso Al solidale ad un albero di comando S0, una ruota solare d'uscita A2 solidale ad un albero cavo S1, una corona esterna B con due dentature B1 e B2, e un porta-treno C che reca satelliti C1 e C2 che si ingranano fra le ruote Al e A2 e le dentature Bi e B2, rispettivamente.
Il portatreno C è solidale ad un albero S2 coassiale con l'albero S1.
L'albero di ingresso IS è accoppiabile tramite un innesto CF ad una ruota dentata Gl che è coassiale con detto albero IS e che ingrana con una ruota dentata G2 fissata su un albero cavo S3 che è solidale con la corona B del gruppo riduttore epicicloidale EG, e coassiale con l'albero S0.
Le ruote dentate Gl e G2 realizzano un rapporto di trasmissione che è ad esempio sostanzialmente uguale ad 1.
Gli alberi S3 e S0, e dunque la corona B e la ruota solare d'ingresso Al, sono suscettibili di essere resi solidali a rotazione tramite un innesto CL.
A valle dell'innesto CF, l'albero IS è accoppiato tramite un ulteriore innesto CT ad una ruota dentata G3, che ingrana con una ruota dentata G4 portata dall'albero di ingresso S4 di un gruppo variatore idraulico V. Tale gruppo comprende ad esempio una pompa P a portata variabile, accoppiata ad un motore idraulico M a cilindrata fissa. L'albero di uscita S5 del variatore V reca una ruota dentata G5 che ingrana con una ruota dentata G6, a sua volta accoppiata ad una ruota dentata G7 fissata all'albero di ingresso S0 del gruppo riduttore epicicloidale EG.
A monte dell'innesto CF, all'albero IS è fissata una ruota dentata G8 che ingrana con una ruota dentata G9 la quale, tramite un innesto CR, può essere resa solidale a rotazione con una ruota dentata G10. Quest'ultima ingrana con la ruota dentata G2, con un rapporto di trasmissione che è ad esempio sostanzialmente uguale ad 1.
L'albero S1 del gruppo epicicloidale EG reca una ruota solare A3 accoppiata a satelliti C4 portati da un porta-treno C3 che è solidale ad un albero cavo S6 coassiale anch'esso con l'albero S2. 1 satelliti C4 ingranano con una corona esterna B3 la quale a mezzo di un innesto CB può essere bloccata alla carcassa od involucro G della trasmissione.
Un innesto CHH consente, quando chiuso, di rendere l'albero S6 solidale a rotazione con l’albero SI, attraverso il porta-treno C3.
Un innesto CH consente, quando chiuso, di rendere solidale a rotazione gli alberi S2 ed S6.
Il gruppo A3-C4-B3-C3 è tale per cui quando l'innesto CB è chiuso, e dunque la corona B3 è bloccata, e gli innesti CH e CHH sono aperti, il portatreno C3 e l'albero S6 ruotano ad una velocità ridotta secondo un divisore τ (ad esempio uguale a 4) rispetto alla velocità di rotazione dell'albero di uscita S1 del riduttore epicicloidale EG.
Quando invece gli innesti CB e CH sono aperti e l'innesto CHH è chiuso, il portatreno C3 e l'albero S6 ruotano alla stessa velocità dell'albero di uscita S1 del riduttore epicicloidale EG.
L'albero S6 reca una ruota dentata Gli che ingrana con una ruota dentata G12 che è coassiale con l'albero d'uscita OS. Le ruote Gli e G12 realizzano nel loro insieme una riduzione di velocità secondo un rapporto α > 1.
La ruota dentata G12 è accoppiabile con l'albero d'uscita OS della trasmissione tramite un innesto CW.
La trasmissione T sopra descritta è ad esempio realizzata in modo tale per cui se l'albero del motore E ruota ad una velocità ωE e l'innesto CF è chiuso:
la velocità ωv dell'albero d'uscita S5 del variatore V è variabile fra un valore massimo ed un valore minimo pari a ωE e rispettivamente -ωE, al variare della portata e del senso di flusso del fluido idraulico nella pompa P del variatore; e la velocità ωS1 dell'albero Si e la velocità ωS2 dell'albero S2 all'uscita del gruppo riduttore epicicloidale EG variano fra (3⁄4 e 2ωE, e rispettivamente fra ωE e 0,5 ωE, al-variare di ωv fra ωE e -ωE.
Quanto sopra esposto è sintetizzato nella sottostante Tabella 1.
TABELLA 1
ωv ωS1 ωS2 ωE ωE ωE
-ωE 2ωE 1/2ωE
Se, come si farà nell'esempio numerico che si descriverà in appresso, la velocità di rotazione ωs dell'albero del motore E è pari a 2300 giri/min., le velocità di cui alla Tabella precedente assumono i seguenti valori (in giri/min.):
TABELLA 2
ωv ωS1 ωS2
2300 2300 2300
-2300 4600 1150
Si descriverà ora il modo di funzionamento della trasmissione T di cui sopra, con riferimento al grafico della figura 2 in cui i valori di velocità indicati corrispondono ai valori esemplificativi delle velocità riportate nella Tabella 2.
Nella figura 2 è mostrata una caratteristica di funzionamento attuabile con la trasmissione secondo l'invenzione.
In tale figura in ascissa è riportata la velocità ωv dell'albero di uscita S5 del variatore V, ed in ordinata è riportata la velocità ω0 dell'albero di uscita OS della trasmissione, divisa per il rapporto di riduzione a realizzato tramite le ruote dentate G11 e G12.
La caratteristica mostrata nella figura 2 presenta un andamento simmetrico rispetto all'origine O e comprende un tratto centrale lineare 1 passante per l'origine, una porzione superiore con andamento a linea spezzata includente tre tratti lineari 2, 3 e 4, ed una porzione inferiore includente tre tratti lineari 2', 3' e 4'.
Nel funzionamento il tratto centrale 1 della caratteristica viene realizzato nel modo seguente. Gli innesti C0, CT e CW sono chiusi, per cui l'albero del motore E è accoppiato al variatore V tramite l'ingranaggio G3, G4.
Gli innesti CF e CR sono aperti.
L'innesto CL è chiuso, per cui la corona B del gruppo epicicloidale EG è .solidale con l'albero S0 e con la ruota solare di ingresso Al, e l'albero di ingresso S0 di detto gruppo è accoppiato all'albero di uscita del variatore V tramite il rotismo G5, G6, G7.
In queste condizioni l'albero di uscita S1 del riduttore epicicloidale EG ruota alla stessa velocità dell'albero di ingresso S0, che è trascinato dall'albero di uscita S5 del variatore V.
L'innesto CB è chiuso e l'innesto CHH è aperto. Anche l'innesto CH è aperto.
L'albero S6 ruota allora ad una velocità pari alla velocità dell'albero S1 del riduttore epicicloidale EG, divisa per il rapporto τ realizzato dal gruppo A3, C4, B3, C3.
L'albero di uscita OS della trasmissione T ruota alla velocità dell'albero S6, ridotta secondo il fattore a dall'ingranaggio Gli, G12.
Nel tratto centrale 1 della caratteristica della figura 2, con i valori numerici indicati in precedenza, nel complesso al variare della velocità
ωV del variatore fra -2300 e 2300 giri/min., l'albero di uscita OS della trasmissione T viene fatto ruotare ad una velocità ω0 che varia fra
(-ωv/τ )α e (+ωv/τ)α, cioè fra (-2300/4)α=-575α e (+2300/4)α=575α. Tali velocità dell'albero di uscita OS sono assunte in corrispondenza dei punti a e a' della caratteristica di figura 2.
I tratti 2, 3 e 4 della caratteristica vengono attuati nella marcia avanti, a partire dal punto a, nel modo seguente.
Nel punto a la velocità ω0 dell'albero di uscita OS è, come si è detto, pari a 575α.
Se in tale condizione si apre l'innesto CL e si chiude CF, lasciando invariate le condizioni degli altri innesti, la velocità ω0 dell'albero di uscita OS è ancora (per ωv=+2300, cioè nel punto a) pari a 575a. Infatti, l'albero S1 del riduttore epicicloidale secondo la Tabella 2 ruota ad una velocità ωS1=2300 giri/min. L'albero S6 ruota alla velocità dell'albero S1 ridotta secondo il divisore τ, e l'albero di uscita OS è trascinato in rotazione dall'albero S6 tramite il riduttore Gli, G12.
Nel punto a, dopo la commutazione degli innesti CL e CF, la velocità ω0 dell'albero di uscita della trasmissione è dunque ancora pari a (+2300/τ)α=575α.
Se ora la velocità ωv del variatore V viene fatta passare da 2300 a -2300 giri/min., la velocità ω0 dell'albero d'uscita OS varia secondo la relazione ω0={ωS1/τ)α. La velocità ωS1 dell'albero di uscita S1 del riduttore epicicloidale EG varia (secondo la Tabella 2) da 2300 a 4600 giri/min., e pertanto fra i punti a e b (tratto 2) della caratteristica di figura 2, la velocità di uscita ω0 varia fra (2300/4)α=575α (nel punto a), e (+4600/4)a=1150a (nel punto b).
Nel punto b il portatreno C e l'albero di uscita S2 del riduttore epicicloidale EG ruotano ad una velocità ωS2=+1150 giri/min. (Tabella 2} che è uguale alla velocità ωS1/x=4600/4 dell'albero S6.
Nel punto b è allora possibile chiudere l'innesto CH e aprire l'innesto CB e, effettuate tali operazioni, l'albero di uscita OS della trasmissione risulta accoppiato all'albero d'uscita S2 del riduttore epicicloidale EG, sempre tramite l'ingranaggio G11, G12.
Se la velocità di uscita ωv del variatore V viene ora fatta passare da -2300 a 2300 giri/min., la velocità ω0 dell'albero di uscita OS della trasmissione varia secondo la relazione ω0= (ωS2) La velocità ωS2 varia da 1150 a 2300 giri/min. (Tabella 2) e pertanto la velocità ω0 dell'albero di uscita OS passa da 1150α (nel punto b) a 2300α giri/min. (punto c).
Nel punto c le velocità ωS2 e ωS1 sono uguali fra loro e pari a 2300 giri/min. (Tabella 2). E' allora possibile aprire l'innesto CH e chiudere l'innesto CHH, in modo che l'albero di uscita OS della trasmissione risulti accoppiato all'albero di uscita S1 del riduttore epicicloidale EG, sempre tramite l'ingranaggio G11, G12. L'innesto CB rimane aperto.
La velocità di uscita ωv del variatore V viene ora fatta nuovamente passare da 2300 a -2300 giri/min. e la velocità ω0 dell'albero di uscita OS della trasmissione varia secondo la relazione ω0= (ωS1)α. La velocità ωS1 varia da 2300 a 4600 giri/min. (Tabella 2), e pertanto la velocità ω0 dell'albero di uscita OS passa corrispondentemente da 2300α (nel punto c) a 4600α (nel punto d).
Nei tratti 2', 3' e 4' gli innesti CL e CF sono aperti, mentre l'innesto CR è chiuso (a partire dal punto a'_). In tali tratti il funzionamento della trasmissione T si svolge quindi in modo identico a quello descritto in precedenza con riferimento ai tratti 2, 3 e 4, salvo per il fatto che a seguito della chiusura dell'innesto CR fra l'albero del motore E e l'albero S3 del riduttore epicicloidale EG la trasmissione del moto avviene ora attraverso tre ruote dentate G8, G9-G10 e G2, anziché attraverso le due ruote dentate G1 e G2 che intervengono nei tratti 2, 3, 4 quando è l'innesto CF ad essere chiuso e l'innesto CR è invece aperto.
Pertanto, nei tratti 2', 3' e 4' la trasmissione del moto dal motore E all'albero S3 del riduttore epicicloidale EG è invertita di segno rispetto ai tratti 2, 3, 4. I tratti 2', 3' e 4' sono dunque simmetrici ai tratti 2, 3 e 4 rispetto all'origine 0, le modalità di gestione degli innesti CB, CH e CHH essendo in tali tratti le stesse già descritte con riferimento ai tratti 2, 3, e 4.
Quanto sopra esposto in relazione ad un esempio numerico concreto può essere generalizzato in modo tale per cui mentre la velocità ωv del variatore V varia da -ωE a ωE, la velocità ωS1 dell'albero d'uscita S1 del gruppo epicicloidale EG vari da ωE a kωE (k maggiore di 1) e corrispondentemente la velocità ωS2 dell'albero S2 vari da ωE a ωE/k, con τ = 1/k<2>.
Nella figura 3 è mostrata una realizzazione analoga a quella descritta in precedenza con riferimento alla figura 1. Nella figura 3 a parti ed elementi uguali o corrispondenti a parti ed elementi già descritti sono stati attribuiti nuovamente gli stessi simboli alfanumerici utilizzati in precedenza.
La trasmissione secondo la figura 1 può essere definita a 4 modi di funzionamento: un primo modo, essenzialmente di tipo "idrostatico", corrisponde al tratto 1 della figura 2; si hanno poi 3 modi per la marcia avanti (e 3 modi per la marcia indietro) corrispondenti ai tratti 2, 3 e 4 (2', 3' e 4') della figura 2.
Per contro, come si vedrà, la trasmissione secondo la figura 3 presenta cinque modi di funzionamento, ovvero - oltre ai medesimi quattro modi della trasmissione della figura 1 - essa presenta un quinto modo per la marcia avanti (ed un corrispondente quinto modo per la marcia indietro). La caratteristica di funzionamento per la trasmissione secondo la figura 3 è mostrata nella figura 4.
In sintesi, nella trasmissione secondo la figura 3 l'albero S2 è accoppiabile all'albero di uscita OS attraverso un ulteriore innesto CVHH ed un ingranaggio moltiplicatore di velocità comprendente due ruote dentate G20 e F21. Tale ingranaggio G20, G21 moltiplica la velocità secondo un fattore β = a k<2>.
I primo quattro modi di funzionamento della trasmissione di figura 3 sono identici a quelli della trasmissione di figura 1. Nella trasmissione secondo la figura 3, quando percorrendo il ramo 4 (4') si giunge ad operare nel punto d (d') della figura 2 o 4, è possibile chiudere l'innesto CVHH (sino ad allora aperto): infatti in tale condizione si ha che l'albero d'uscita OS ruota ad una velocità
e tale velocità è la stessa a cui l'albero S2 tramite la moltiplica G20, G21 tende a far ruotare l'albero d'uscita:
A partire dal punto d (d')f il funzionamento della trasmissione secondo la figura 3 può dunque proseguire seguendo il tratto 5 (5') della figura 4, sino al punto e (e') in corrispondenza del quale la velocità ω0 dell'albero di uscita raggiunge il valore massimo di 9200·a giri/minuto.
Nella figura 5 è mostrata un'ulteriore trasmissione secondo l'invenzione, del tipo a 6 modi di funzionamento. Sebbene il lay-out della trasmissione di figura 5 sia un poco differente da quelli delle figure 1 e 3, anche nella figura 5 a parti ed elementi uguali od essenzialmente equivalenti a parti od elementi già descritti sono stati attribuiti nuovamente gli stessi simboli alfanumerici utilizzati in precedenza.
In sintesi, nella trasmissione secondo la figura 5 gli alberi S6 ed S2 entrano in un gruppo riduttore A3'-C4'-B3'-C3' analogo al gruppo A3-C4-B3-C3 già descritto.
Il portatreno C3* è solidale con l'albero d'uscita OS, e può essere accoppiato selettivamente con l'albero S6 oppure con l'albero S2 chiudendo un innesto CTR (omologo dell'innesto CHH) oppure un innesto CBHH (omologo dell'innesto CH). Un innesto CB', quando chiuso, blocca la corona B3' e allora il portatreno C3' e l'albero d'uscita OS ruotano ad una velocità ridotta secondo un divisore τ' rispetto alla velocità dell'albero S6. ;Come gli esperti di questo settore apprezzeranno, una gestione opportuna degli innesti della trasmissione secondo la figura 5 consente di attuare un funzionamento a sei modi, in particolare secondo la seguente Tabella 3: ;TABELLA 3 ;; ;
X = chiuso * preferibilmente chiuso Si noti che la stessa Tabella 3 vale anche per la trasmissioni secondo le figure 1 e 3, ovviamente sino al quarto, e rispettivamente, al quinto modo ed escludendo la colonna CB'.
Con la trasmissione secondo la figura 5 è dunque possibile realizzare una caratteristica di funzionamento ω0/ωv con
un primo tratto (passante per l'origine) in cui la velocità <a0 dell'albero d'uscita varia secondo la relazione eoo = ωv/(τ·τ') ove τ e τ' sono i rapporti di riduzione realizzati dai gruppi A3-C4-B3-C3 e A3'-C4'-B3'-C3' quando gli innesti CB e CB' sono chiusi,
un secondo tratto in cui ω0 = ω32/τ',
un terzo tratto in cui ω0 = (Os2/τ',
un quinto tratto in cui ω0 = ω32» e
un sesto tratto in cui ω0 = cog6 = <3⁄4ι· Corrispondenti relazioni valgono nel funzionamento in marcia indietro.
In modo analogo possono essere realizzate trasmissioni aventi anche più di sei modi di funzionamento.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definita nelle annesse rivendicazioni.
Claims (3)
- RIVENDICAZIONI 1. Trasmissione idromeccanica (T) a rapporto di velocità variabile in modo continuo, comprendente un albero di ingresso {IS) destinato ad essere accoppiato ad un motore primo (E), un albero di uscita (OS), un gruppo riduttore epicicloidale (EG) con una ruota solare di ingresso (Al), una corona (B) ed un primo ed un secondo albero di uscita (SI, S2), rispettivamente veloce e lento, un primo innesto (CL) atto ad accoppiare a rotazione la ruota solare di ingresso (Al) con la corona (B) di detto gruppo riduttore (EG), un gruppo variatore idraulico (v) accoppiato fra l'albero di ingresso (IS) della trasmissione (T) e la ruota solare di ingresso (Al) del gruppo riduttore epicicloidale (EG),-un secondo ed un terzo innesto (CF, CR) atti ad accoppiare l'albero di ingresso (IS) della trasmissione (T) con detta corona (B) del gruppo riduttore epicicloidale (EG) secondo rispettivi rapporti di trasmissione di segno opposto, rispettivamente per la marcia avanti e la marcia indietro; la disposizione essendo tale per cui quando la velocità di uscita (av) del variatore (V) varia in un campo prefissato a cavallo dello zero, e detto primo innesto (CL) è aperto e detto secondo oppure terzo innesto (CF o CR) è chiuso, detti primo e secondo albero di uscita (SI, S2) del gruppo riduttore epicicloidale (EG) presentano rispettive velocità (cosi, ωs2) che variano in rispettivi campi di valori contigui; mezzi di innesto ausiliari essendo provvisti (CHH, CH, CVHH, CTR, CB, CB') atti a provocare l'accoppiamento dell'albero di uscita (OS) della trasmissione (T) selettivamente con il primo od il secondo albero di uscita (SI, S2) del gruppo riduttore epicicloidale (EG) secondo rapporti di velocità (α,- β; τ; τ') predeterminati, in modo tale per cui la trasmissione (T) è suscettibile di operare secondo un primo modo, nel quale detto primo innesto (CL) è chiuso, ed il secondo ed il terzo innesto (CF, CR) sono aperti, l'albero di uscita OS della trasmissione è accoppiato ad un albero di uscita (SI) del gruppo riduttore epicicloidale (EG) e la sua velocità (ω0) varia in modo proporzionale alla velocità di uscita (ov) del variatore (V); e una pluralità di modi successivi in marcia avanti (indietro) nei quali detti primo innesto (CL) è aperto e detto secondo (terzo) innesto (CF; CR) è chiuso, e l'albero di uscita (OS) della trasmissione (T) è accoppiato selettivamente con il primo od il secondo albero di uscita (SI, S2) del gruppo riduttore epicicloidale (EG) tramite detti innesti ausiliari (CHH, CH, CVHH, CTR, CB, CB') secondo detti rapporti di velocità predeterminati (a; β; τ; τ<1 >).
- 2. Trasmissione idromeccanica secondo la rivendicazione 1, in cui detto gruppo variatore idraulico (V) comprende una pompa (P) a portata variabile ed un associato motore idraulico (M) a cilindrata fissa, e può essere disinserito tramite un innesto (CT) ad esso associato.
- 3. Trasmissione idromeccanica a rapporto di velocità variabile in modo continuo, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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